SENSORI PER MOTORI - 2

SENSORI DI CORRENTE

Una grandezza che viene sensata nel funzionamento del motore è la corrente assorbita dal motore durante il suo funzionamento. Dalla misura della corrente si possono ricavare informazioni necessari al controllo (velocità,  coppia) e alla protezione del motore stesso in caso di guasto ( fault management).

I tre sensori di corrente nel motore più diffusi nelle applicazioni di controllo motore sono:

• Resistori shunt

• Sensori ad effetto Hall

• Trasformatori di corrente

I resistori shunt sono sensori di corrente molto noti perché forniscono una misurazione abbastanza accurata ma a basso costo. I sensori di corrente ad effetto Hall sono ampiamente utilizzati perché forniscono una misura non intrusiva e sono disponibili in un chip che combina il sensore e circuito di condizionamento del segnale. I sensori di corrente a trasformatore sono una tipologia di sensori molto utilizzata in particolare nel monitoraggio della corrente in applicazioni AC ad alta corrente. Un riassunto dei vantaggi e svantaggi di ciascuno dei sensori è riportato  nella Tabella 1.

Tabella 1: vantaggi e svantaggi dei diversi tipi di sensori per motori.

Resistori shunt

I resistori shunt sono sensori di rilevamento della corrente molto diffusi per il loro basso costo e buona precisione. Questi in genere sono collegati in serie al carico di cui si vuole leggere la corrente: la caduta di tensione ai capi del resistore di shunt (in genere indicata con VSENSE) è monitorato per determinare la corrente che scorre attraverso il carico. Poiché la resistenza di shunt (indicato in genere con RSENSE) è di piccolo valore (poche decine di ohm), la caduta di tensione ai suoi capi sarà piccola per cui la sua presenza nel circuito di alimentazione del motore non ha un effetto importante. La potenza dissipata (va con il quadrato della corrente) è il suo limite maggiore e rende il resistore di shunt non adatto per le misure di corrente superiori ai 20A. I criteri di selezione del tipo di resistore di shunt e la determinazione del suo valore richiedono la valutazione di numerosi fattori:

• un elevato valore di RSENSE aumenta la tensione VSENSE, rendendo l’offset di tensione (VOS) e l’offset di corrente in ingresso (IOS) dell’amplificatore meno significativi.

• Un valore elevato per RSENSE provoca una maggiore caduta di tensione ai suoi capi e quindi una riduzione dell'efficienza energetica a partita di corrente.

• Un valore RSENSE elevato, in un sistema di misura (Low side) causerà il sorgere di un offset di tensione tra la GND del sistema e il carico. Questo offset potrebbe impattare sulle caratteristiche EMI del sistema e sulla sensibilità al rumore del sistema.

• Usare resistenze a bassa induttanza per impieghi in cui la corrente ha una elevata componente in frequenza.

• La potenza nominale del resistore RSENSE deve essere valutata perché la dissipazione di potenza (I ² x R) può produrre auto riscaldamento del resistore stesso con conseguente cambiamento nel valore nominale resistenza.

Le resistenze shunt per la  misura di corrente  sono disponibili presso diversi venditori. Se si usano resistori standard, si raccomanda di utilizzare resistori a film metallico al posto dei resistori a filo avvolto che hanno un’elevata induttanza.

Un resistore shunt può anche essere creato utilizzando la resistenza di una pista del PCB, come mostrato in Figura 3. I resistori shunt da PCB offrono un'alternativa a basso costo ai resistori discreti. Tuttavia, la loro precisione su un'ampia range di temperatura è scarsa se confrontata con una resistenza di shunt discreta. Il coefficiente di temperatura di una resistenza shunt realizzata con la pista di rame di un PCB è pari a circa + 0,39% / ° C.